ES2645096T3 - Método y aparato para determinar el volumen de dispensación - Google Patents

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ES2645096T3
ES2645096T3 ES08746221.4T ES08746221T ES2645096T3 ES 2645096 T3 ES2645096 T3 ES 2645096T3 ES 08746221 T ES08746221 T ES 08746221T ES 2645096 T3 ES2645096 T3 ES 2645096T3
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Klaus W. Berndt
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Becton Dickinson and Co
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Abstract

Un sensor de volumen de dispensación que comprende: una aguja dispensadora (2) para dispensar una muestra líquida; y un cilindro receptor (5, 15) para recibir la aguja dispensadora; en el que se forma un condensador al recibir el cilindro receptor la aguja dispensadora, caracterizado por una pluralidad de agujas dispensadoras (2) dispuestas en una matriz de al menos un fila y al menos una columna mantenidas en su sitio por medio de un primer elemento aislante eléctrico (9), una pluralidad de cilindros receptores (5, 15) dispuestos en una disposición coincidente de al menos una fila y al menos una columna y fijados por un segundo elemento aislante eléctrico (10), de modo que al insertar dicha pluralidad de agujas dispensadoras en dicha pluralidad de cilindros receptores se forman una pluralidad de condensadores (Cs) y dispuestos para detectar cantidades de líquido situado en el exterior de las respectivas agujas dispensadoras (2) una vez el liquida ha sido aspirado hacia el interior o dispensado de las respectivas agujas dispensadoras.

Description

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DESCRIPCION
Metodo y aparato para determinar el volumen de dispensacion CAMPO DE LA INVENCION
La presente invention se refiere a un aparato para identificar y cuantificar la perdida de volumen durante la dispensacion de un llquido dentro de un recipiente.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
La dispensacion de gotitas de pequeno volumen de un reactivo llquido con elevada precision representa una etapa esencial del proceso en la production de ensayos de diagnostico medico. Estos ensayos a menudo se basan en matrices bidimensionales de pocillos abiertos, como placas de microvaloracion. Algunos ejemplos de tales sistemas de dispensacion se describen en los siguientes documentos; US 4.107.658, US 4.196.615, US 4.417.473, US 4.818.492, US 5.304.347, US 5.601. 980, US 6.029.896, US 6.148.666, US 6.213.354, US 6.551.558, US 6.823.730, US 6.851.778, US 6.875.404, US 2001/0016177 A1 , WO 98/09151, WO 00/51736, WO 01/89694 A1, WO 02/26499 A1, WO 03/106936, EP 0.164.679, EP 0.355.791, EP 0.505.004, EP 0.725.267, JP 2004251818 A y JP 2006058188 A.
Sin embargo, sigue siendo un problema la determination precisa del volumen de gotitas individuales dispensadas.
Se ha encontrado que, en los sistemas de dispensacion basados en agujas, la cantidad objetivo de llquido que sale del espacio interior de la aguja esta muy bien controlada en muchos casos, por ejemplo, por el movimiento especlfico de un piston dispensador. Sin embargo, la cantidad de llquido que realmente llega al pocillo receptor puede mostrar irregularidades, debido a que parte del llquido que sale del espacio interno de la aguja se desliza a lo largo del diametro exterior de la aguja dispensadora y, por lo tanto, forma una cantidad de llquido que se "pierde "en el particular acto de dispensacion. Este mecanismo se puede repetir en uno o mas actos de dispensacion sucesivos y, por lo tanto, se puede acumular una cantidad sustancial de llquido en el diametro exterior de la aguja. Una vez que se ha acumulado una cantidad crltica de llquido, este llquido se "unira" a una gota dispensada, generando un volumen dispensado real que excede con mucho el volumen de dispensacion objetivo.
Por lo tanto, se necesita un aparato y un metodo para la determinacion precisa del volumen dispensado real de gotitas individuales dispensadas.
En el documento US 2005/0223814 A1 se describe un sensor de volumen de dispensacion del tipo definido en la primera parte de la reivindicacion 1. Este sensor se basa en la medicion de la capacitancia entre una aguja dispensadora(o boquilla) y una camara que rodea el cilindro receptor Al recibir la camara la aguja de dispensacion, se forma un condensador. Cuando va una gotita en la punta dispensadora de la aguja dispensadora, aumenta la capacitancia entre la aguja dispensadora y la camara. De este modo, con una senal electrica detectada por un preamplificador, los aumentos en el volumen de la gota se pueden calcular basandose en la capacitancia adicional causada por la gota.
El documento US 5.960.530 describe un metodo para fabricar una sonda de aspiration de llquido de muestra y dispensacion, la probeta de dispensacion contiene un elemento metalico que proporciona a la probeta una capacitancia conductiva para detectar el nivel de llquido capacitivo.
El documento EP 1 607 747 A3 describe mediciones de llquidos utilizando monitorizacion capacitiva. Un aparato incluye dos electrodos en lados opuestos de una punta de sonda, y los electrodos y llquido forman un condensador variable dentro de un circuito RC. El circuito RC esta en comunicacion electrica con un microprocesador para convertir una senal electrica en un volumen de llquido en la punta de la sonda
El documento US 4.106.911 describe un dispositivo para examinar una pluralidad de microdosis de llquidos en donde una pluralidad de agujas dispensadoras estan dispuestas en una matriz de filas y columnas mantenidas en su sitio mediante un soporte. Una pluralidad de cilindros receptores estan dispuestos en un conjunto de filas y columnas coincidentes y sujetos por una placa. No hay medida de capacitancia para determinar la presencia de un volumen perdido del llquido dispensado.
Es un objeto de la invencion proporcionar un sensor de volumen de dispensacion que sea capaz de medir una pluralidad de volumenes de dispensacion de las correspondientes agujas dispensadoras
Compendio de la Invencion
El sensor de volumen de dispensacion esta definido en la reivindicacion 1.
De acuerdo con las formas de realization de la presente invencion, se logra una determinacion precisa del volumen real dispensado de gotitas individuales dispensadas midiendo la parte del volumen objetivo dispensado que se "pierde" y permanece en el lado exterior de una aguja dispensadora despues de que se ha dispensado un llquido. Suponiendo que el volumen objetivo de llquido que sale del espacio interior de la aguja esta bien controlado, el
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volumen real de llquido dispensado que llega a un pocillo se puede determinar restando el volumen "perdido" del volumen objetivo. Se ha encontrado que el volumen "perdido" se puede medir con mucha precision insertando la punta de una aguja dispensadora en un cilindro metalico hueco, formando un condensador cillndrico sustancialmente concentrico, con lo que el valor de la capacitancia depende del volumen del volumen de dispensation "perdido" restante en el lado exterior de una aguja dispensadora despues de que se haya dispensado un llquido.
Varias formas de realization de la presente invention proporcionan un sensor de volumen de dispensacion para determinar el volumen de una muestra llquida dispensada. Segun una forma de realizacion, un sensor de volumen de dispensacion incluye una aguja dispensadora para dispensar una muestra llquida y un cilindro receptor para recibir la aguja dispensadora en el que se forma un condensador cuando el cilindro receptor recibe la aguja dispensadora. La capacitancia medida del condensador es sustancialmente independiente de la constante dielectrica del material que esta presente en una superficie exterior de la punta de la aguja.
En otra forma de realizacion, se proporciona un sensor de volumen de dispensacion que tiene una pluralidad de agujas dispensadoras, cada una con una punta de aguja, dispuestas en una matriz de al menos una fila y al menos una columna mantenida en su lugar por un primer miembro aislante electrico, una pluralidad de cilindros receptores en una disposition coincidente de al menos una fila y al menos una columna y sujetada por un segundo elemento aislante electrico, de modo que al insertar la pluralidad de agujas dispensadoras en la pluralidad de cilindros receptores se forman una pluralidad de condensadores. Esta forma de realizacion del sensor puede estar configurada de manera que las puntas de aguja de las agujas dispensadoras tengan que pasar a traves de al menos uno de dichos cilindros receptores con el fin de dispensar un llquido dentro de al menos un pocillo de una pluralidad dispuestos en una matriz coincidente de modo que cada una de las agujas dispensadora se corresponde con al menos uno de los cilindros receptores de la pluralidad y al menos uno de los pocillos de la pluralidad.
Adicionalmente, esta forma de realizacion puede incluir ademas un multiplexor y / o un demultiplexor. El multiplexor tiene una pluralidad de canales de entrada y un canal de salida, en el que la pluralidad de cilindros receptores estan conectados a la pluralidad de canales de entrada del multiplexor, y el canal de salida esta conectado a una entrada de un voltlmetro. El demultiplexor tiene un canal de entrada y una pluralidad de canales de salida, en el que el canal de entrada esta conectado a una salida de una fuente de senal y hay una pluralidad de agujas dispensadoras que estan conectadas a la pluralidad de canales de salida de dicho demultiplexor.
Una forma de realizacion adicional proporciona un metodo para determinar un volumen de un llquido dispensado que comprende introducir un volumen objetivo de una muestra llquida en una aguja dispensadora que tiene una punta de aguja, dispensar un volumen real de la muestra llquida desde la aguja dispensadora dentro de un recipiente, insertar la punta de la aguja en un cilindro receptor formando de este modo un condensador, medir la capacitancia del condensador y determinar la presencia de un volumen perdido de la muestra llquida dispensada mediante comparacion del valor de capacitancia medido con un valor de capacitancia de calibration. Un valor de capacitancia medido mayor, en comparacion con el valor de capacitancia de calibracion, indica la presencia de un volumen perdido. La comparacion de dicho valor de capacitancia medido con un valor de capacitancia de calibracion puede llevarse a cabo mediante un procesador.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
La Figura 1 es una vista en section transversal de una disposicion de condensador cillndrico concentrico de acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion, que incluye un volumen de perdida de dispensacion a lo largo del diametro exterior de la aguja dispensadora.
La Figura 2 muestra una configuration electrica basica de un sensor de perdida de volumen de dispensacion, de acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion.
La Figura 3 representa un diagrama de circuito para un sensor de perdida de volumen de dispensacion, de acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion.
La Figura 4 muestra una funcion de transferencia teorica del diagrama de circuito, de acuerdo con la Figura 3, para valores de capacitancia de 0,33 pF y 0,35 pF, respectivamente, suponiendo una impedancia de entrada de 100 MD para el voltlmetro RF, de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion.
La Figura 5 muestra un grafico que refleja la deposition y la subsiguiente evaporation de dos gotitas individuales de 0,25 pL de etanol sobre el diametro exterior de la aguja dispensadora, de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion.
La Figura 6 corresponde al grafico de la Figura 5 y muestra un grafico que refleja la deposicion y posterior evaporacion de dos gotitas individuales de 0,25 pL de etanol y agua sobre el diametro exterior de la aguja dispensadora, de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion.
La Figura 7 muestra un grafico que refleja la salida de un sensor de volumen de dispensacion que registra con y sin una unica gotita de agua de 0,25 pL sobre el diametro exterior de la aguja dispensadora, de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion.
La Figura 8 muestra un grafico que refleja el valor de capacitancia de un condensador cillndrico concentrico segun la presente invencion como una funcion de la constante dielectrica de una gotita de 0,25 pL.
La Figura 9 muestra un grafico que refleja el impacto de un diametro interior variable del cilindro receptor sobre la variation de la capacitancia al variar el volumen de las gotitas, de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion.
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La Figura 10 muestra un grafico que refleja el impacto de una longitud de solapamiento variable, de la aguja dispensadora y el cilindro receptor, en la variacion de la capacitancia al variar el volumen de las gotitas, de acuerdo con una forma de realizacion de la invention.
La Figura 11 muestra un grafico que refleja el espesor estimado de la capa llquida en el exterior de la aguja dispensadora como una funcion del volumen de las gotitas al variar la longitud de la region de solapamiento L, de la aguja dispensadora y el cilindro receptor, de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion.
La Figura 12 muestra un grafico que refleja la senal medida de salida de referencia del sensor como una funcion de la position radial de la aguja dispensadora a lo largo del diametro interior del cilindro receptor, de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion.
La Figura 13 muestra un grafico que refleja una medicion de la senal de salida de referencia del sensor frente a la posicion vertical de la punta de la aguja con relation al cilindro exterior, de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion.
La Figura 14 muestra un grafico que refleja un sensor de volumen de dispensation para dos gotitas individuales de 0,25 pL de etanol, aplicando una constante de tiempo de detection de 10 ms, de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion.
La Figura 15 muestra un grafico que refleja un registro de sensor de volumen de dispensacion para una unica gotita de 0,25 pL de etanol, aplicando una constante de tiempo de deteccion de 1 ms, de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion.
La Figura 16 muestra un grafico que refleja un registro de sensor de volumen de dispensacion para una unica gotita de etanol de 0,25-pL, aplicando una constante de tiempo de deteccion de 0,3 ms, de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion.
La Figura 17 muestra una matriz bidimensional de agujas dispensadoras electricamente activas, de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion.
La Figura 18 muestra un grafico que refleja una medicion de la senal de salida de referencia del sensor frente a la posicion radial de la aguja dispensadora, de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion.
La Figura 19 muestra un grafico que refleja la contribution de referencia adicional estimada de los vecinos proximos de una aguja dispensadora, de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion.
La Figura 20 muestra un grafico que refleja la contribucion de referencia adicional estimada de los vecinos proximos y mas proximos de una aguja dispensadora, teniendo en cuenta el resultado de una medicion con cuatro vecinos, de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion.
La Figura 21 muestra un grafico que refleja posibles formas de perfil simplificadas para una gotita de 0,25-pL en el diametro exterior de una aguja dispensadora, de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion. La Figura 22 es un grafico que ilustra el impacto de los cambios en el perfil de gota sobre el valor de la capacitancia, de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion.
La Figura 23 son graficos de contorno para la distribution completa del campo electrico cerca del condensador cillndrico concentrico, de acuerdo con la presente invencion, calculado usando un programa COMSOL Multiphysics-3.3. La Figura 23a se refiere a una capa llquida homogenea en la region de solapamiento, mientras que la Figura 23b se refiere a la misma cantidad de llquido (0,25 pl), pero concentrada sobre la mitad inferior de la region de solapamiento.
La Figura 24 es un grafico que representa registros de ruido en la senal de salida del sensor de volumen de dispensacion para constantes de tiempo de deteccion variables entre 300 ms y 300 ps, de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion.
La Figura 25 muestra un grafico que refleja la funcion de transferencia teorica del diagrama de circuito segun la Figura 3 para un valor de capacitancia de 0,33 pF, suponiendo valores de impedancia de entrada Re entre 0,1 MQ y 100 MQ para el voltlmetro RF, de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion.
La Figura 26 muestra un sensor de volumen de dispensacion, que comprende una disposition de condensador cillndrico concentrico multiplexado, de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion.
La Figura 27 muestra un sensor de volumen de dispensacion, en el que la matriz de agujas dispensadoras pasa a traves de la matriz coincidente de cilindros, mientras que acerca y aleja de la matriz de pocillos, respectivamente, de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion.
La Figura 28 muestra una forma de realizacion del sensor de volumen de dispensacion, similar a la disposicion mostrada en la Figura 27, pero con las agujas dispensadoras activadas electricamente en modo serie y los cilindros receptores conectados en paralelo con el voltlmetro RF.
La Figura 29 ilustra una secuencia de funcionamiento del sensor de volumen de dispensacion, de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion.
La Figura 30 muestra un sensor de volumen de dispensacion que comprende una disposicion de condensador cillndrico concentrico multiplexado / demultiplexado, de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion.
La figura 31 ilustra un esquema funcional que representa la disposicion del condensador cillndrico de la Figura 1 en comunicacion con un procesador, de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion.
La Figura 32 ilustra una secuencia de funcionamiento de un procesador, de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion.
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DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION Se ha encontrado que, en los sistemas de dispensation basados en agujas, la cantidad objetivo de llquido que sale del espacio interior de la aguja esta, en muchos casos, muy bien controlada, por ejemplo, mediante el movimiento especlfico de un piston dispensador. Sin embargo, la cantidad de llquido que realmente llega al pocillo receptor u otro tipo de contenedor, puede mostrar discrepancias porque parte del llquido que sale del espacio interior de la aguja se desliza a lo largo del diametro exterior de la aguja dispensadora y permanece en la superficie exterior de la punta de la aguja una vez producido el acto de dispensacion. Por lo tanto, una cantidad de llquido se "pierde" en el particular acto de dispensacion. Este mecanismo puede repetirse en uno o mas actos de distribution sucesivos y, por lo tanto, se puede acumular una cantidad sustancial de llquido en el diametro exterior de la aguja. Una vez que se ha acumulado una cantidad crltica de llquido, este llquido "unira" una gota dispensada, generando un volumen real dispensado que excede con mucho el volumen de suministro objetivo, lo que puede provocar inexactitudes significativas en los resultados de ensayos posteriores.
Este comportamiento se puede aplicar a la mayorla de los tipos de llquidos, por ejemplo, los tipos de llquidos y reactivos utilizados en la production de ensayos de diagnostico medico tales como la identification de microorganismos (ID) y las determinaciones de susceptibilidad antimicrobiana (AST), que pueden ser una solution / suspension en base de agua o una solucion / suspension en base de en hidrocarburos (por ejemplo, etanol). Un rango tlpico del volumen de suministro objetivo es 0,5 pm a 100 pm. El tipo de contenedor en el que se dispensa el llquido es generalmente una matriz bidimensional de pocillos abiertos, tales como placas de microvaloracion, no obstante, se puede aplicar a cualquier contenedor de pequeno volumen.
A continuation se describen aparatos y metodos para identificar y cuantificar con precision la perdida de volumen durante la dispensacion de un llquido en un recipiente acordes con las formas de realization de la invention. Entonces, se puede utilizar el volumen dispensado real al calcular los resultados de los ensayos posteriores.
En la Figura 1 se ilustra una forma de realizacion de un sensor de volumen de dispensacion. El sensor, que en este caso es una disposition de condensador de cilindro concentrico 1, esta formado por una aguja dispensadora 2 y un cilindro receptor 5. De acuerdo con una forma de realizacion de la invencion, tanto la aguja 2 como el cilindro 5 estan hechos de materiales electricamente conductores, o de materiales aislantes siendo la superficie exterior de la aguja y la superficie interna del cilindro electricamente conductoras. La aguja 2 esta equipada con un piston interior movil 3 o algun otro mecanismo para llevar a cabo acciones de aspiration y dispensacion de muestras llquidas de diversas maneras que son bien conocidas en el estado de la tecnica. El cilindro receptor 5 se sujeta de forma mecanica y se mantiene en su lugar mediante un elemento electricamente aislante 6.
Durante el funcionamiento, de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion, se pone primero una aguja 2 en contacto con una muestra de llquido. A continuacion, el llquido se aspira dentro de la aguja 2 moviendo el piston 3 hacia arriba. La distancia que se desplaza el piston 3 determina el volumen de la muestra de llquido aspirada. Como un precursor para realizar una medicion de acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion, la aguja 2 se mueve hacia dentro del cilindro 5 y se mantiene en una position sustancialmente concentrica y coaxial con respecto al cilindro 5, con lo que la aguja 2 se inserta en el cilindro 5 a cierta distancia L, formando una "region de solapamiento", que representa el principal contribuyente al condensador cillndrico concentrico. Si, en el curso de la etapa de aspiracion, o en el curso de una etapa de dispensacion, se ha quedado algo de llquido de muestra 4 en el exterior de la aguja 2, el valor de capacitancia de la disposicion de condensador cillndrico concentrico 1 sera mayor despues de la etapa de dispensacion, en comparacion con el caso en el que no haya quedado ninguna muestra de llquido en el exterior de la aguja 2. Por lo tanto, la comparacion entre valor de la capacitancia medida despues de la etapa de dispensacion y un valor de capacitancia de calibration determinado sin llquido en el exterior de la aguja 2, permite que uno determinar si el llquido de muestra 4 esta presente en el exterior de la aguja 2. La comparacion de los valores de capacitancia puede realizarse, por ejemplo, mediante un procesador o un comparador 200. La Figura 31 ilustra un esquema funcional que representa la disposicion del condensador cillndrico de la Figura 1 en comunicacion con un procesador 200, de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion.
La Figura 32 muestra una secuencia de funcionamiento de un procesador 200 de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion. El valor de la capacitancia de calibracion es recibido por el procesador 200 (etapa 102). A este valor predeterminado accederla el procesador 200 desde el dispositivo de almacenamiento o de memoria (no mostrado). Despues, el procesador 200 recibe el valor de la capacitancia de pos-dispensacion procedente de la disposicion 1 de condensador de cilindro (etapa 104) tras haber dispensado el llquido. El procesador 200 determina entonces si el valor de la capacitancia de pos-dispensacion es mayor que el valor de la capacitancia de calibracion (etapa 106). Si el valor de la capacitancia de pos-dispensacion es igual al valor de la capacitancia de calibracion, el procesador 200 determina entonces que el volumen de suministro de llquido objetivo es igual al volumen dispensado real de llquido y, por tanto, hay cero volumen perdido de llquido dispensado (etapa 108) . Sin embargo, si el valor de la capacitancia de pos-dispensacion es mayor que el valor de la capacitancia de calibracion, el procesador 200 calcula el volumen de llquido dispensado real, por ejemplo, restando el volumen perdido de llquido dispensado del volumen objetivo de llquido de dispensacion (etapa 110).
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El volumen dispensado real y / o el volumen dispensado perdido pueden entonces utilizarse por el mismo procesador 200 o por otro procesador en el calculo de los resultados del ensayo. Ademas, la magnitud del volumen dispensado real y / o el volumen dispensado perdido, se puede mostrar opcionalmente en una pantalla visual o la presencia de un volumen perdido en el exterior de una aguja despues del acto de dispensacion indicado por una luz de advertencia.
En un etapa de dispensacion y, en particular, cuando se utiliza un modo de dispensacion "de contacto", en el que la gotita dispensada no se expulsa al espacio aereo, sino que se pone en contacto con el fondo del pocillo de recepcion, mientras todavla esta en contacto con la aguja dispensadora, el llquido de muestra 4 que esta presente en el exterior de la aguja dispensadora 2 podrla unirse al volumen de dispensacion previsto, provocando un error de dispensacion no deseado. A modo de ejemplo, supongamos que un volumen de suministro objetivo de 5 gl debe dispensarse con un 5% de precision, entonces el volumen del llquido 4 en el exterior de la aguja 2 no puede exceder de una cantidad de 0,25 gl. Suponiendo un diametro tlpico de la aguja dispensadora de 0,9 mm y una longitud Y de un llquido 4 de aproximadamente 2 mm, un volumen de 0,25 gl darla como resultado una capa llquida homogenea de espesor Z = 42 gm (0,0016 "). Una capa de llquido de este tipo puede detectarse de forma fiable mediante un sensor de volumen de dispensacion, de acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion. De hecho, de acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion, utilizando un sensor de volumen de dispensacion se puede detectar con precision un volumen perdido para un volumen de dispensacion objetivo tan pequeno como 0,5 gL.
Fa figura 2 muestra una configuration electrica para un sensor de volumen de dispensacion, de acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion. Una fuente de senal 7, tal como un generador de onda sinusoidal, esta conectada a la aguja dispensadora 2, que forma un electrodo de la disposition 1 de condensador cillndrico concentrico segun la Figura 1. El cilindro receptor 5, que forma el segundo electrodo de la disposicion 1 de condensador de cilindro concentrico, esta conectado a una entrada de un voltlmetro RF 8. Notese que un sensor de acuerdo con la presente invencion no esta restringido al uso de una excitation sinusoidal, ya que tambien se podrlan usar otras senales periodicas variables con el tiempo; sin embargo, la description detallada de la invencion que sigue, utiliza senales sinusoidales.
La Figura 3 muestra el diagrama de circuito para un sensor de volumen de dispensacion, de acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion, con una configuracion como se muestra en la Figura 2. El senor esta recibiendo una senal de entrada de tension Vi de la fuente de senal 7 entre los nodos A y G1, respectivamente. Ri representa la impedancia de salida de la fuente de senal 7 y generalmente tiene un valor relativamente bajo entre 500 Q y 50 Q. Cs es la capacitancia de la disposicion 1 de condensador de cilindro concentrico y representa el "condensador de detection". Como se muestra a continuation, el valor de Cs esta tlpicamente muy por debajo de 1 pF. Cp y Re representan la capacitancia de entrada y la impedancia de entrada del voltlmetro RF 8, que incluye la capacitancia del cable que conecta la disposicion 1 del condensador cillndrico concentrico con el voltlmetro Rf 8. La configuracion del sensor esta generando una senal de salida de la tension Vo entre los nodos B y G2, respectivamente. La Figura 4 muestra la funcion de transferencia teorica T (f) = Vo / Vi del diagrama de circuito, segun la Figura 3, para valores de capacitancia de 0,33 pF y 0,35 pF para Cs, respectivamente, suponiendo una impedancia de entrada de 100 MQ para el voltlmetro RF y un valor Cp = 50 pF para el voltlmetro RF mas el cable de conexion. Como se puede ver en las graficas de la Figura 4, la funcion de transferencia T (f) y, en consecuencia, la senal de salida del sensor Vo resultan independientes de la frecuencia f, pero dependen del valor de Cs. Esto significa que no se requiere estabilizacion de frecuencia cuando se trabaja a frecuencias suficientemente altas.
La Figura 5 muestra un registro de tension frente al tiempo para el sensor de volumen de dispensacion, de acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion, que refleja la deposition y posterior evaporation de dos gotitas de etanol (ETOH) individuales de 0,25 gL en el diametro exterior de la aguja dispensadora 2, que tiene un diametro exterior de 0,9 mm, en una disposicion de condensador de cilindro concentrico como la mostrada en la Figura 1 y que incluye un cilindro receptor 5 con un diametro interior de 1,76 mm y una longitud de region de solapamiento L entre la aguja 2 y el cilindro 5 de 2 mm. La fuente de senal 7 estaba funcionando a una frecuencia f = 2 kHz y a una tension Vi = 1.5 V. El voltlmetro RF 8 tenia una impedancia de entrada Re = 10 MQ y una capacitancia de entrada Ce '= 25 pF. La capacitancia de entrada total era Cp = 50 pF, considerando la capacitancia del cable Cc = 25 pF. La constante de tiempo de deteccion era TC = 300 ms. Cabe senalar que las caracteristicas de paso en la curva registrada de la Figura 5 no representan ruido electronico, sino la resolution de digitalization. El voltlmetro RF estaba funcionando en este experimento con un rango completo de 2 V para proteger el instrumento en caso de un cortocircuito debido a cantidades excesivas de llquido.
La figura 6 muestra la reduction en la velocidad de evaporacion al incorporar agua en las gotas de etanol, en comparacion con la velocidad de evaporacion del etanol sin agua. La Figura 7 muestra un registro del sensor de una unica gotita de agua de 0,25 gL sobre el diametro exterior de la aguja dispensadora 2. En el momento T1, la gotita de agua esta dispuesta en el exterior de la punta de la aguja. Entre el tiempo T1 y T2, la aguja 2 se inserta coaxialmente en el cilindro receptor 5 hasta 2 mm para crear la region de solapamiento. La tension de la senal de excitacion sinusoidal se ha reducido en este experimento de Vi = 1.5 V a Vi '= 0,75 V, lo que provoca una reduccion de la tension de la senal de salida en un 50%. La senal de la gotita de agua muestra solo una disminucion menor
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con el tiempo debido a la velocidad mucho mas baja de evaporacion. Considerando la tension de la senal de excitacion reducida, la senal asociada con las gotitas para el agua es casi identica a la senal correspondiente para el etanol, a pesar de que la constante dielectrica del agua, sw = 81, es significativamente mayor que la constante dielectrica de etanol, £etoh = 24,6. Esto es una ventaja importante porque, dado que el voltaje de la senal de excitacion es independiente de la constante dielectrica del material, permite operar dispositivos de sensores multiplexados que manejan una variedad de llquidos de muestra diferentes.
Por lo tanto, las gotitas de igual volumen pero con diferentes constantes dielectricas generan tlpicamente senales de sensor de volumen de dispensacion que tienen tension de senales similares. La Figura 8 muestra el valor de la capacitancia de un condensador cillndrico concentrico, de acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion, en funcion de la constante dielectrica para una gotita de 0,25-gL en el exterior de la punta de la aguja calculada por el software MathCad. Este calculo se basa en una aguja con un diametro exterior de 0,90 mm, un cilindro receptor con un diametro interior de 1,76 mm y una longitud de solapamiento L de 2 mm. El valor de la capacitancia para el cilindro vaclo, que se denominara capacitancia de calibracion, es 0,165 pF. Como se puede ver en la Figura 8, el valor de la capacitancia con una gota de llquido es relativamente independiente de la constante dielectrica, lo que permitirla manejar una variedad de llquidos sin re-calibracion para cada llquido. El comportamiento de la curva en la Figura 8 se puede explicar por el hecho de que el valor de la porcion de capacitancia de la de gota llquida de "volumen perdido" del condensador de cilindro concentrico es mucho mayor que la capacitancia del espacio de aire. Por lo tanto, el valor de la capacitancia global esta dominado por la porcion del "espacio aereo", que es independiente de la constante dielectrica de la gotita llquida.
Como se muestra en la Figura 1, dos variables que afectan a la magnitud y a la sensibilidad de la tension de la senal del sensor, para un volumen dado de gotita de llquido, son el diametro interno D del cilindro receptor 5 y la longitud del solapamiento L entre la aguja dispensadora 2 y el cilindro receptor 5.
La Figura 9 muestra el impacto de un diametro interno variable del cilindro receptor en la variation de la capacitancia para un volumen variable de gotitas. Se han asumido como calculados con el software MathCad, cilindros receptores con diametros internos de 1,76 mm, 2,46 mm y 3,16 mm, una aguja dispensadora con un diametro exterior de 0,90 mm y una longitud de solapamiento L de 2 mm. Las graficas de la Figura 9 muestran que la sensibilidad de detection, es decir, la variacion en la tension de la senal del sensor con el aumento del volumen de las gotitas, disminuye al aumentar el diametro interno del cilindro receptor. Para un diametro interior de 1,76 mm, la tension de la senal del sensor varla en un 15,1% para una gota de 0,25 pL de volumen. Esta variacion se reduce al 10,1% y 6,8% para diametros internos de 2,46 mm y 3,16 mm, respectivamente. Mientras que un cilindro receptor mas pequeno proporcionara mayor sensibilidad de deteccion, tambien aumentara el peligro de cortocircuitos debido a cantidades excesivas de llquido.
La Figura 10 muestra el impacto de una variacion en la longitud de solapamiento entre la aguja dispensadora y el cilindro receptor en la variacion de la capacitancia para volumenes variables de las gotitas, calculado por el software MathCad. Nuevamente, el calculo se basa en un diametro de aguja de 0,9 mm y un diametro interior de 1,76 mm para el cilindro receptor. Se ha supuesto aqul que la capa de llquido se extiende sobre toda la longitud de la region de solapamiento. Para una gotita de 0,25 g, la tension de la senal del sensor varla en un 15,1%, 10,1% y 7,6% para una longitud de solapamiento de 2 mm, 3 mm y 4 mm, respectivamente.
Mientras que las graficas de la Figura 10 indican la ventaja de una longitud de solapamiento mas corta L, unas "gotitas mas cortas" implican capas llquidas Z mas gruesas. Esto se ilustra en las tres graficas de la Figura 11 para una aguja dispensadora de 0,90 mm de diametro, que muestran el espesor estimado Z de la capa llquida en funcion del volumen de las gotitas al variar la longitud de solapamiento L entre la aguja dispensadora y el cilindro receptor. Se ha encontrado en la practica de la forma de realizacion, que una longitud de solapamiento de 2 mm representa un buen compromiso.
Es importante proporcionar una tension de referencia estable para un sensor de volumen de dispensacion acorde con una forma de realizacion de la presente invencion, con el fin de proporcionar un valor de la capacitancia de calibracion, consistente y estable, determinado sin llquido en el exterior de la aguja 2. Dos factores que afectan a la tension de referencia de la tension de senal del sensor son las posiciones radial y longitudinal de la aguja dispensadora con respecto al cilindro receptor.
La Figura 12 representa la tension de la senal de salida de referencia del sensor de volumen dispensado medido, como una funcion de la position radial de la aguja dispensadora a lo largo del diametro interior del cilindro receptor. La aguja dispensadora tenia un diametro de 0,90 mm y el cilindro receptor tenia un diametro interior de 1,76 mm. El grafico mostrado en la Figura 12 proporciona una estimation de la precision de posicionamiento radial requerida de la aguja dispensadora a lo largo del diametro interior alrededor del centro del cilindro receptor. Este diagrama muestra que la posicion radial de la aguja dispensadora puede variar dentro de un rango de 135 gm a lo largo del diametro interno, alrededor del centro del diametro del cilindro receptor, para lograr una variacion en la tension de referencia de menos del 1%. Debe observarse que una gota de 0,25 gl de volumen provocara un aumento del 25%
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en la tension de la senal en comparacion con la tension de referenda, de tal modo que se indique clara y fiablemente la deteccion de las gotitas.
La tension de referencia tambien depende de la posicion longitudinal de la punta de la aguja dispensadora dentro del cilindro receptor, es decir, de la longitud de solapamiento L. La Figura 13 muestra una medicion de la senal de salida de referencia del sensor de volumen de dispensacion frente a la posicion longitudinal a lo largo del eje Y de la punta de la aguja en relacion con el cilindro receptor. Los registros mostrados en las Figuras 7, 14, 15 y 16, se han realizado con la posicion de la punta de la aguja segun la Figura 13 en la posicion 6,.2 mm, que corresponde a una longitud de solapamiento L de 2 mm y da como resultado una tension de referencia de 3,75 mV. La grafica en la Figura 13 muestra una variacion en la tension de referencia al modificar la posicion de la punta de la aguja de 1 ,.05 mV / mm dentro del cilindro receptor. Esto significa que la posicion longitudinal de la punta de la aguja dentro del cilindro receptor se deberla controlar, al menos para los parametros de este experimento, con una precision de 36 pm para garantizar una estabilidad de referencia del 1% para la tension de referencia de 3,75 mV.
Se puede utilizar un sensor de volumen de dispensacion, acorde con una forma de realizacion de la presente invencion, en una version multiplexada que comprende una matriz de al menos una fila y al menos una columna de agujas dispensadoras, por ejemplo, en el que las dimensiones de esta matriz coinciden con las dimensiones de una placa multi —pocillos de plastico. La Figura 17 representa una matriz de este tipo con un condensador cillndrico concentrico 1 en el centro que comprende una aguja dispensadora 2 y un cilindro receptor 5, y todos sus condensadores vecinos circundantes 31 y 41 tienen un espaciado de P = 5,81 mm. En tal situacion, mas de una o incluso todas las agujas dispensadoras 2, 32 y 42 podrlan activarse de forma simultanea con una tension RF sinusoidal. Esto significa que un cilindro de recepcion 5 dado cualquiera podrla recibir contribuciones adicionales de campo RF desde las agujas 32 "Vecinas mas proximas" y desde las agujas 42 " Vecinas proximas". Cada aguja vecina activada puede inducir una tension solo en el cilindro receptor central 5 con aquellas partes de la aguja vecina que sobresalen por encima de la parte superior de sus respectivos cilindros vecinos 35 y 45. En consecuencia, el experimento ilustrado en la Figura 18 se realizo con la punta de la aguja activada a la misma altura que la parte superior de su propio cilindro receptor 5, es decir, la longitud de solapamiento L = 0, con el fin de maximizar las contribuciones de campo RF adicionales.
La figura 18 muestra un grafico que refleja, de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion, la medicion de la senal de salida de referencia del sensor de volumen de dispensacion frente a la posicion radial de la aguja dispensadora 2. Aqul, se desplazo una aguja activada 2 desde la posicion central habitual, que es la posicion radial "0" en la Figura 18, en direccion radial hacia posiciones donde los vecinos mas proximos 32 y proximos 42 estarlan ubicados dentro de una matriz que tiene un espaciado de P = 5,81 mm. En esencia, el grafico en la Figura 18 muestra que las agujas ubicadas en las posiciones vecinas proximas 32 y las mas proximas 42 aun pueden inducir una senal de sensor en el cilindro receptor que se muestra en el lado izquierdo del grafico. Sin embargo, cabe esperar que una posible capa delgada de gotita de llquido sobre dichas agujas vecinas 32 y 42 no tenga ningun impacto sobre la tension inducida. En otras palabras, se cree que los vecinos proximos y mas proximos tendran un impacto fijo en la referencia del sensor, pero no contribuiran a la senal de salida del sensor.
La Figura 19 muestra un grafico que refleja la contribucion de referencia adicional estimada de los vecinos proximos 32 de una aguja dispensadora 2, de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion. La curva A muestra un registro del sensor de volumen de dispensacion de dos gotitas de etanol de 0,25-pL con una sola aguja dispensadora 2 activada. La curva B muestra la senal con la contribucion de referencia adicional calculada de las cuatro siguientes agujas dispensadoras vecinas 32, como se muestra en la Figura 17, en base a la medicion ilustrada en la Figura 18. La curva C en la Figura 19 muestra la referencia real medida con las cuatro agujas dispensadoras vecinas mas proximas 42 activadas. Como se puede ver, la contribucion de la referencia medida se encuentra muy por debajo de la contribucion estimada.
La figura 20 muestra un grafico que refleja la contribucion de referencia adicional estimada de los vecinos proximos 32 y mas proximos de una aguja dispensadora 2, teniendo en cuenta el resultado de una medicion con cuatro vecinos, de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion. La curva A es nuevamente un registro de un sensor de volumen de dos gotitas de etanol de 0,25 pL con una sola aguja dispensadora activada, y la curva D representa una senal nueva estimada con ocho agujas dispensadoras vecinas mas proximas y proximas activadas, segun el resultado de los cuatro vecinos de la Figura 19, curva C. La conclusion, que puede extraerse de la Figura 20, es que se pueden detectar facilmente gotitas de 0,25 pl de volumen, incluso dentro de una matriz de agujas vecinas activadas simultaneamente.
Hasta el momento, se ha supuesto que las gotitas del volumen de dispensacion perdido 4 se distribuyen como una capa de espesor constante a lo largo del exterior de la aguja dispensadora 2 sobre la toda region de solapamiento. La Figura 21 muestra los posibles perfiles simplificados a, b, & c para una gotita de volumen constante, con el fin de estimar el impacto de las variaciones en la forma de la gota. La Figura 22 ilustra el impacto de las variaciones en el perfil de una gotita de 0,25-pL, de acuerdo con la Figura 21, sobre el valor esperado de la capacitancia representando la capacitancia frente al espesor maximo R de la gotita, que se define como el espesor dentro de la mitad inferior de la region de solapamiento.
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En la Figura 21a, la gotita 4a tiene un espesor constante a lo largo de toda la region de solapamiento que corresponds a R = 42 pm. En la Figura 21c, no queda llquido en la mitad superior de la region de solapamiento, y la gotita 4c tiene un espesor constante dentro de la mitad inferior de la region de solapamiento que da como resultado R = 81 pm. En la Figura 21b, el espesor de la capa de la gotita 4b es mayor en la mitad inferior de la region de solapamiento, de modo que R sera igual a un valor dentro del rango de 42pm a 81pm. La curva superior de la Figura 22 muestra como varla la capacitancia si el espesor maximo R, por consiguiente el perfil de las gotitas, se incrementa desde un espesor a otro. Como se puede ver, solo hay un impacto pequeno, y un sensor de volumen de dispensation de acuerdo con la presente invention responde a una variedad de perfiles de gotitas. La curva inferior de la Figura 22 representa la capacitancia de calibration, que corresponde a un volumen de gotita de 0 pL.
En los parrafos anteriores, los valores de la capacitancia para las disposiciones del condensador cillndrico concentrico se calcularon utilizando el software MathCad sin tener en cuenta los campos de dispersion. Los campos de dispersion son campos que se producen mas alla de la region interna de solapamiento entre la aguja dispensadora 2 y el cilindro receptor 5. Por lo tanto, se recalcularon los correspondientes valores de la capacitancia, para incluir los campos de dispersion, utilizando el programa de software COMSOL Multiphysics. En este caso, la aguja dispensadora tiene un diametro exterior de 0,90 mm, el cilindro receptor tiene un diametro interior D de 1,76 mm y la longitud de la region de solapamiento L es de 2 mm. Las Figuras 23a y 23b representan diagramas de contorno para la distribution completa del campo electrico cerca del condensador cillndrico concentrico de acuerdo con la presente invencion, calculado usando el programa COMSOL Multiphysics-3.3. La Figura 23a se refiere a una capa llquida homogenea de espesor constante en la region de solapamiento como al mostrada en la Fig. 21a, mientras que la Figura 23b se refiere a la misma cantidad de llquido (0,25 pL), pero concentrada en la mitad inferior de la region de solapamiento, como se muestra en la figura 21c. Mientras que las graficas de contorno en las Figuras 23a y 23b muestran claramente que el campo electrico se extiende mucho mas alla de la region de solapamiento en el espacio exterior, parece que el perfil de las gotitas solo tiene un cierto impacto en la distribucion de campo cerca de la gotita, dentro de la region de solapamiento, pero casi ningun impacto en la distribucion de campo mas lejos de la gotita. Esta observation conduce a la conclusion de que el hecho tener en cuenta los componentes del campo de dispersion puede dar como resultado una capacitancia de referencia mas alta, pero que no tiene una gran influencia en las variaciones de la serial del sensor relacionada con gotitas. La siguiente Tabla 1 demuestra esto:
C1 (10-13 F)MathCad Tabla 1 C2 - C1 (10-13 F)
Volume (pL)
C2 (10-13 F)COMSOL
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1,653 2,536 0,88
0,25
1,896 2,810 0,91
Los valores de la capacitancia C1 en la Tabla 1 se calcularon utilizando el software MathCad, y no se tuvieron en cuenta los componentes de campo de dispersion. Los valores de la capacitancia C2 en la Tabla 1 se calcularon utilizando el software COMSOL Multiphasics, en el que se si se tuvo en cuenta los componentes del campo de dispersion. Los numeros de esta tabla muestran que, teniendo en cuenta los componentes de campo de dispersion, se obtiene una capacitancia que es consecuentemente mayor en aproximadamente 0,90 * 10 -13 F, independientemente de la presencia de una gotita llquida de 0,25- pL dentro del cilindro concentrico condensador. Por lo tanto, los componentes del campo de dispersion anaden un termino constante al valor de la capacitancia de referencia.
Para operar un sensor de volumen de dispensacion multiplexado, de acuerdo con una forma de realization de la presente invencion, es generalmente deseable que el tiempo necesario para ejecutar una medicion sea pequeno. Las Figuras 14, 15 y 16 muestran registros de sensores de volumen de dispensacion de una unica gotita de 0,25 pL de etanol con constantes de tiempo de detection de 10 ms, 1 ms y 0,3 ms, respectivamente.
Tal y como se describe a continuation, se obtiene una relation entre senal y ruido adecuada, incluso en el caso de 0,3 ms.
La Figura 24 muestra con mas detalle registros de ruido en la senal de salida del sensor de volumen de dispensacion para constantes de tiempo de deteccion variadas, entre 300 ms y 300 ps. Las graficas individuales se han desplazado 0,03 mV para mayor claridad. Para una constante de tiempo de deteccion de 0,3 ms, la tension de ruido pico a pico asciende solo a aproximadamente el 1% de la tension de la senal de salida del sensor. En otras palabras, se puede detectar una gotita de llquido de 0,25 pL con una relacion entre senal y ruido de 100: 1. Esto significa que un sensor de volumen de dispensacion 1, acorde con formas de realizacion de la presente invencion, puede ser adecuado para examinar, en menos de un segundo. 150 agujas dispensadoras individuales, en busca de la presencia de llquido.
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La funcion de transferencia, como la representada en la Figura 4, se refiere a un voltlmetro RF con un valor de impedancia de entrada Re = 100 MQ . Por lo tanto, tambien se puede requerir un menor valor de impedancia de entrada para lograr un tiempo pequeno de adquisicion de datos para un sensor de volumen de dispensacion multiplexado. La Figura 25 muestra la funcion de transferencia teorica del diagrama de circuito segun la Figura 3 para un valor de la capacitancia de 0,33 pF, suponiendo valores de impedancia de entrada Re entre 0,1 MQ y 100 MQ para el voltlmetro RF. Como se puede ver, se puede lograr el mismo valor de meseta para todos los valores de impedancia ajustando la frecuencia de funcionamiento como corresponde.
La figura 26 muestra un sensor de volumen de dispensacion de acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion, que comprende una disposicion de condensador de cilindro concentrico multiplexado. Un multiplexor o mux (ocasionalmente se encuentra tambien el termino muldex, para una combinacion multiplexor-demultiplexor) es un dispositivo que realiza multiplexacion; selecciona una de las muchas senales de entrada y salidas, analogicas o digitales, que senalizan en una sola llnea. Se conecta una fuente de senal 7 en paralelo con todas las agujas dispensadoras 2ax de la matriz (donde x es igual al numero total de agujas en la matriz). Las agujas 2ax estan mecanicamente sujetas y mantenidas en su lugar por medio de un elemento electricamente aislante 9. Los cilindros receptores 5ax (donde x es igual al numero total de cilindros en la matriz) estan dispuestos en una matriz coincidente y sujetada por un elemento electricamente aislante 10. Todos los cilindros receptores 5ax estan conectados con las entradas de un multiplexor 11. La salida del multiplexor 11 finalmente se conecta con la entrada de un voltlmetro RF 8. Por lo tanto, se puede considerar un multiplexor como un conmutador de salida unica de multiples entradas y un demultiplexor como un conmutador de salida multiple de una sola entrada. Se realiza una medicion despues de la etapa de dispensacion, en todas las agujas 2ax en la matriz, se posiciona el elemento 9 hacia los cilindros receptores 5ax hasta que se alcanza una longitud de solapamiento apropiada entre las agujas 2ax y los cilindros receptores 5ax. Se utiliza un ordenador comun (no mostrado) para controlar el multiplexor 11 de tal manera que se examinan todas las agujas 2ax en la matriz en un modo de funcionamiento en serie. Las senales registradas se comparan con un conjunto de senales de referencia que se hablan registrado anteriormente sin gotitas de llquido presentes en las agujas 2ax. Si ninguna de las senales registradas excede la senal de referencia correspondiente, es que no hay gotitas.
La figura 27 muestra otra forma de realizacion mas de un sensor de volumen de dispensacion de acuerdo con la presente invencion, en el que la matriz de agujas dispensadoras 2bx pasa a traves de una matriz coincidente de cilindros receptores 15bx, mientras que se acerca y se aleja de la matriz 12 de los pocillos 13bx, respectivamente (donde x es igual al numero total de agujas / cilindros / pocillos en la matriz). La matriz de cilindros recetores 15bx esta sujetada y se mantiene en su sitio mediante un elemento 14. En la disposicion de sensor de la Figura 27, los cilindros receptores 15 estan aislados entre si y conectados con las entradas del multiplexor 11 a traves del mazo de cables 16. La disposicion del sensor representada en la Figura 27 tiene varias ventajas. En primer lugar, la matriz de agujas dispensadoras 2bx no tiene que desviarse en su camino hacia el conjunto de pocillos 13bx, con el fin de tomar una medicion de la capacitancia, lo que ahorra tiempo. En segundo lugar, se puede chequear en la matriz de agujas dispensadoras 2bx la presencia de llquido de deposito, antes de la etapa de dispensacion. En tercer lugar, se puede volver a chequear la matriz de agujas dispensadoras 2bx, esta vez para el volumen de dispensacion en su recorrido fuera del conjunto de pocillos 13bx, tras ejecutar la etapa de dispensacion.
La figura 28 muestra una forma de realizacion adicional de un sensor de volumen de dispensacion de acuerdo con la presente invencion, que es similar a la disposicion mostrada en la Digura 27, pero con las agujas dispensadoras activadas electricamente en modo serie por demultiplexor 17 controlado por ordenador (ordenador no mostrado) . Todos los cilindros receptores 15cx estan conectados entre si, y estan conectados con la entrada del voltlmetro RF 8 a traves del cable 18. La ventaja adicional de esta configuration en comparacion con la configuration que se muestra en la Figura 27 es el hecho de que el demultiplexor 17 puede tener valores de impedancia de salida extremadamente bajos de 50Q o incluso menos, lo que permite un funcionamiento extremadamente rapido y sin terminar con una funcion de transferencia extremadamente pequena. En la configuracion de la Figura 28, una sola aguja dispensadora 2 estarla electricamente activa en un momento dado, y un solo cilindro 15 "recibirla" un campo electrico RF. Todos los demas cilindros se enfrentarlan a una aguja inactiva con una tension electrica a tierra constante. Por lo tanto, todos los demas cilindros actuarlan como un condensador Cp 'en paralelo con el condensador Cp en el diagrama de circuito que se muestra en la Figura 3. Si, por ejemplo, la matriz tiene 136 agujas de 0,90 mm de diametro y 136 cilindros receptores de 1.76 mm de diametro interno, y si la longitud de solapamiento es de 2 mm, los 135 "otros" condensadores cillndricos concentricos representarlan, de segun la Tabla 1, un condensador Cp '= 135 * 2,536 * 10 -13 F = 34,2 pF. Comparado con la configuracion de la Figura 27, la funcion de transferencia en la region de meseta de una configuracion de acuerdo con la Figura 28 disminuirla en un 41% teniendo en cuenta el valor original Cp = 50 pF.
Las disposiciones del sensor multiplexado que se muestra en las Figuras 26, 27 y 28 utilizan multiplexores con una cantidad de canales identica a la cantidad de agujas dispensadoras. Los multiplexores de numero reducido de canales se pueden usar con una disposicion de sensores como la que se ilustra simbolicamente en la Figura 29. Aqul, se supone que una placa de multiples pocillos tiene 136 elementos, dispuestos en diecisiete columnas y ocho filas. Se utiliza un demultiplexor con solo ocho canales de salida para excitar una fila completa de agujas dispensadoras a la vez, como se indica en la Figura 29 mediante la flecha de entrada 23 y la banda 22. La excitation
simultanea de todas las agujas de la fila se logra conectandolas electricamente entre si. Se utiliza un multiplexor con diecisiete canales de entrada en el lado de deteccion para conectar todos los cilindros receptores de una columna con la entrada del voltlmetro, como se indica en la Figura 29 mediante la flecha saliente 25 y la banda 24. Todos los cilindros receptores en una columna son accesibles a la entrada del multiplexor al conectarlos electricamente en 5 serie entre si. En un momento dado, solo un cilindro en una columna recibira un campo RF, mientras que los otros siete restantes representan una capacitancia paralela de valor Cp "= 7 * 2,536 * 10 -13 F = 1,8 pF. Durante el funcionamiento, se examinara una fila 22, a traves de todas las columnas de izquierda a derecha. Esta accion da como resultado la lectura de esa fila. La siguiente fila se volvera a examinar a traves de todas las columnas de izquierda a derecha, lo que dara como resultado la lectura de la siguiente fila, y as! sucesivamente hasta que se 10 haya leldo toda la matriz.
La Figura 30 representa una disposicion de sensor multiplexado correspondiente a la forma de realizacion descrita en la Figura 29, que muestra un demultiplexor 19 y un multiplexor 20. Los cilindros receptores 15dx estan aislados entre si y estan conectados con las entradas del multiplexor 20 a traves del mazo de cables 21. Tanto el 15 demultiplexor 19 como el multiplexor 20 estan controlados y sincronizados por un ordenador comun, (no mostrado). La configuracion de la Figura 30 tiene las mismas ventajas que la representada en las Figuras 27 y 28 en que no se requieren desvlos para el conjunto de agujas dispensadoras. Ademas, se pueden utilizar multiplexores con un numero de canal significativamente mas bajo.

Claims (15)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un sensor de volumen de dispensacion que comprende:
    una aguja dispensadora (2) para dispensar una muestra llquida; y un cilindro receptor (5, 15) para recibir la aguja dispensadora;
    en el que se forma un condensador al recibir el cilindro receptor la aguja dispensadora, caracterizado por
    una pluralidad de agujas dispensadoras (2) dispuestas en una matriz de al menos un fila y al menos una columna mantenidas en su sitio por medio de un primer elemento aislante electrico (9), una pluralidad de cilindros receptores (5, 15) dispuestos en una disposicion coincidente de al menos una fila y al menos una columna y fijados por un segundo elemento aislante electrico (10),
    de modo que al insertar dicha pluralidad de agujas dispensadoras en dicha pluralidad de cilindros receptores se forman una pluralidad de condensadores (Cs) y dispuestos para detectar cantidades de llquido situado en el exterior de las respectivas agujas dispensadoras (2) una vez el liquida ha sido aspirado hacia el interior o dispensado de las respectivas agujas dispensadoras.
  2. 2. El sensor de volumen de dispensacion de la reivindicacion 1, que comprende ademas una fuente de senal (7) conectada en paralelo con cada una de las agujas dispensadoras de dicha pluralidad.
  3. 3. El sensor de volumen de dispensacion de la reivindicacion 1, que comprende ademas:
    una pluralidad de pocillos (13) dispuestos en una matriz coincidente con dicha matriz de agujas dispensadoras (2), de manera que cada una de dichas agujas dispensadoras (2) se corresponde con al menos uno de dicha pluralidad de cilindros receptores (15) y con al menos a uno de dicha pluralidad de dichos pocillos (13).
  4. 4. El sensor de volumen de dispensacion de la reivindicacion 3, en el que cada una de dicha pluralidad de agujas dispensadoras (2), comprende ademas una punta de aguja, en el que dicha punta de aguja de dichas agujas dispensadoras tienen que pasar a traves de al menos uno de dichos cilindros receptores (5) con el fin de dispensar un llquido dentro de al menos uno de dicha pluralidad de pocillos (13).
  5. 5. El sensor de volumen de dispensacion de la reivindicacion 1, que comprende ademas:
    un multiplexor (20) que tiene una pluralidad de canales de entrada y un canal de salida, en el que dicha pluralidad de cilindros receptores (15) estan conectados a dicha pluralidad de canales de entrada de dicho multiplexor, y dicho canal de salida esta conectado a una entrada de un voltlmetro.
  6. 6. El sensor de volumen de dispensacion de la reivindicacion 5, en el que dicha pluralidad de cilindros receptores (15) estan aislados entre si y estan conectados individualmente con una de dicha pluralidad de entradas de dicho multiplexor (11).
  7. 7. El sensor de volumen de dispensacion de la reivindicacion 1, en el que dicha pluralidad de cilindros receptores (15) estan conectados entre si, y estan conectados con dicha entrada de dicho voltlmetro (8).
  8. 8. El sensor de volumen de dispensacion de la reivindicacion 1, que comprende ademas:
    un demultiplexor (17, 19) que tiene un canal de entrada y una pluralidad de canales de salida, en el que dicho canal de entrada esta conectado a una salida de una fuente de senal (7) y dicha pluralidad de agujas dispensadoras estan conectadas a dicha pluralidad de canales de salida de dicho demultiplexor (17, 19).
  9. 9. El sensor de volumen de dispensacion de la reivindicacion 8, en el que dichas agujas dispensadoras (2) estan activadas electricamente en un modo en serie por dicho demultiplexor (17).
  10. 10. El sensor de volumen de dispensacion de la reivindicacion 8, en el que dicho demultiplexor (17) comprende una pluralidad de canales de salida igual al numero de agujas dispensadoras (2) en dicha matriz de agujas dispensadoras.
  11. 11. El sensor de volumen de dispensacion de la reivindicacion 8, en el que dicho demultiplexor (17) comprende una pluralidad de canales de salida igual al numero de agujas dispensadoras en una fila de dicha matriz de agujas dispensadoras.
  12. 12. El sensor de volumen de dispensacion de la reivindicacion 1, que comprende ademas:
    un demultiplexor (19) que tiene una entrada y una pluralidad de salidas,
    en donde dicha entrada de dicho demultiplexor, esta conectada a una salida de una fuente de senal (7) y 5 dicha pluralidad de agujas dispensadoras (2) esta conectada a dicha pluralidad de salidas de dicho
    demultiplexor; y
    un multiplexor (20) que tiene una pluralidad de entradas y una salida,
    en el que dicha pluralidad de cilindros receptores (15) estan conectados a dicha pluralidad de entradas de dicho multiplexor (20), y dicha salida de dicho multiplexor esta conectada a una entrada de un voltlmetro (8).
    10
  13. 13. El sensor de volumen de dispensacion de la reivindicacion 12, en el que dichas agujas dispensadoras (2) estan activadas electricamente en un modo en serie por dicho desmultiplexor.
  14. 14. El sensor de volumen de dispensacion de la reivindicacion 12, en el que dicho demultiplexor (20) comprende 15 una pluralidad de salidas iguales en numero al de las agujas dispensadoras (2) en una fila de dicha matriz de agujas
    dispensadoras (2).
  15. 15. El sensor de volumen de dispensacion de la reivindicacion 12, en el que dicho multiplexor (19) comprende una pluralidad de entradas iguales en numero al de cilindros receptores (15) en una columna de dicha matriz de agujas
    20 dispensadoras (2).
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